粘接理論
粘接是指通過緊密的界面接觸將不同的物體保持在一起,使得機(jī)械力或功可以通過界面?zhèn)鬟f。而將兩個物體保持在一起的作用力可以由范德華力、化學(xué)鍵或靜電引力等產(chǎn)生。當(dāng)材料表面緊密接觸時,總伴隨著物理或化學(xué)的力,因此粘接行為是一個復(fù)雜的物理和化學(xué)現(xiàn)象。其不僅與基材表面的元素組成、化學(xué)狀態(tài)有關(guān)系,還取決于界面處的其他因素,如粗糙度、表面能等。粘接行為的研究涵蓋了高分子科學(xué)、表面和界面科學(xué)、材料科學(xué)、機(jī)械和流變等學(xué)科。若想提高材料間的粘接性能,則必須先了解其粘接機(jī)理。為了解釋粘接成型過程中的微觀機(jī)理變化,各國內(nèi)外研究人員提出了許多理論模型。最著名的理論有:吸附理論、機(jī)械互鎖理論、靜電理論、擴(kuò)散理論、化學(xué)鍵理論等。
1吸附理論
人們認(rèn)為粘接強(qiáng)度主要由吸附理論支撐。理論認(rèn)為,粘接力主要有范德華力以及氫鍵作用。因此在制備膠黏劑的過程中,極性基團(tuán)含量越高,與有極性的被粘物品表面就可以形成更大的分子間作用力。
2機(jī)械互鎖理論
理論認(rèn)為,被粘物品表面十分粗糙,膠黏劑與被粘物品形成了一定程度上的機(jī)械作用。膠黏劑被涂抹以后,滲透到被沾物表面的凹凸不平地方,在凝固以后,在粘接界面形成了嚙合力,甚至像釘子一樣,釘在了被沾物的縫隙中,形成機(jī)械釘合作用。
3化學(xué)鍵理論
理論認(rèn)為,膠黏劑分子與被粘物表面分子發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),生成了化學(xué)鍵,化學(xué)鍵的強(qiáng)度比分子間作用力大很多。但是不是所有的的膠黏劑與被粘物表面都能生成化學(xué)鍵的。并且,在單位面積上,化學(xué)鍵的數(shù)量遠(yuǎn)小于分子間作用力。
4擴(kuò)散理論
理論認(rèn)為,膠黏劑在被粘物表面固化時,膠黏劑分子與被粘物分子互相運(yùn)動,由于布朗運(yùn)動的特性,使得兩者在分子層面互相滲透,形成粘接力。然而在現(xiàn)階段的膠黏劑使用過程中,許多聚合物分子很難解釋金屬以及玻璃的粘接現(xiàn)象。
5靜電理論
理論認(rèn)為,在聚合物與金屬站粘接時,金屬對于電子的吸引能力不如一些聚合物,因此電子轉(zhuǎn)移,形成雙電層體系,產(chǎn)生了靜電力。但是這種現(xiàn)象比較局限,只存在于少數(shù)特殊的粘接體系中。
歷史上,機(jī)械互鎖、靜電、擴(kuò)散和吸附、表面化學(xué)反應(yīng)已被認(rèn)為描述黏附的基本理論。目前粘接行為很難將其完全歸于單個理論,不同理論的相互組合最有可能解釋在給定的粘接體系內(nèi)的粘接行為,而每種理論的作用程度也可能因不同的粘接體系而發(fā)生變化。粘接劑與被粘物之間的相互作用并不總是發(fā)在原子和分子水平上的,除了其相互作用復(fù)雜性之外,還由于它們發(fā)生在材料的界面處,所以很難利用現(xiàn)有的技術(shù)手段來研究其粘接行為。